CN106738934B - 一种3d打印模型耗材用量计算方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D打印模型耗材计算方法和系统，搜索3D打印模型上的所有镂空结构，并将小于设定面积的进行填充生成第一3D打印模型；沿第一3D打印模型表面的法向以第一偏置距离向外扩展生成第二3D打印模型；使用设定直径的小球遍历第二3D打印模型的表面，连接小球遍历过程中与其表面的所有接触点形成的表面构成第三3D打印模型作为最终耗材计算模型。通过上述步骤将无法嵌套小件同批次打印、大小件之间的嵌套空隙部分、第二3D打印模型表面小于小球直径的沟槽部分等也被加热的材料都算作该3D打印模型的耗材部分，充分考虑到尼龙SLS工艺中针对不参与成型但被加热的尼龙粉末仍算作耗材的情况，实现准确计算耗材。
Description
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体地说，是涉及一种3D打印模型耗材计算方法和系统。
背景技术
3D打印技术（又称增材制造技术）是一系列快速原型成型技术的统称，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
这其中，选择性激光烧结成型（SLS）技术是一种集成了CAD/CAM、数控技术、激光加工技术、及材料科学等领域最新成果的高新3D打印技术。应用此技术，通过激光照射可以实现粉末材料的相互粘接成层及层层叠加，从而实现制品的快速成型。与聚苯乙烯、ABS等非晶态聚合物的熔融沉积快速成型（FDM）、光敏树脂的光固化成型（SLA）等高分子材料的3D打印技术相比，尼龙粉末复合材料的选择性激光烧结成型制品具有更高的精度、强度、耐热性及韧性等特点，可直接用于成品装配、干涉检验及性能测试，因而可广泛应用于工业功能部件的设备。
选择性激光烧结成型技术加工过程，是采用铺粉辊将一层粉末材料平铺在已成型零件的上表面，并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度，控制激光束按照该层的截面轮廓在粉末上扫描，使粉末的温度升至熔化点进行烧结，并与下面已成型的部分实现粘接，当一层截面烧结完成后，工作台下降一个层的厚度，铺粉辊又在上面铺上一层粉末，进行新一层截面的烧结，直至完成整个模型。
目前，在面向3D打印尼龙SLS工艺的产品耗材计算中，通常采用产品体积乘以材料单价的方法，该耗材计算方法适用于一般性的3D打印工艺，例如熔融沉积快速成型FDM和光固化成型SLA等，但是对于SLS加工工艺的报价方法却适应性不足，存在报价不准的问题，这是因为：尼龙复合材料在加热以后会发生老化变形现象而变成不能够再重复利用的旧粉，其虽然不参与激光烧结成型却已经被加热过，仍然需要算作材料消耗，因此，为了充分利用原材料，在实际生产中会采用尽量将大小件嵌套排布的方式进行同批次打印，以便最大程度的提高材料的利用率，但现有的耗材计算方法没有考虑在3D打印产品排布方式上对耗材计算的影响。
发明内容
本申请提供了一种3D打印模型耗材用量计算方法和系统，解决现有的3D打印尼龙SLS工艺的产品耗材计算存在报价不准的技术问题。
为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：
提出一种3D打印模型耗材用量计算方法，包括：搜索3D打印模型上的所有镂空结构；逐一判断镂空结构的面积，将小于设定面积的镂空结构进行填充后生成第一3D打印模型；沿所述第一3D打印模型的表面的法向、以第一偏置距离向外扩展生成第二3D打印模型；使用设定直径的小球遍历所述第二3D打印模型的表面，连接其遍历过程中与所述第二3D打印模型表面的所有接触点形成的表面构成第三3D打印模型；基于所述第三3D打印模型的体积计算所述3D打印模型的耗材。
进一步的，所述逐一判断镂空结构的面积，将小于设定面积的镂空结构进行填充后生成第一3D打印模型，具体为：针对每一个镂空结构，探测是否可以穿过直径为第二设定直径的球体；将所述第二设定直径的球体无法穿过的镂空结构进行填充后生成所述第一3D打印模型。
进一步的，所述第一偏置距离为0.5mm-2mm。
进一步的，所述第二设定直径为30mm-50mm。
提出一种3D打印模型耗材用量计算系统，包括搜索模块、填充模块、偏置模块、耗材模型确定模块和耗材计算模块；所述搜索模块，用于搜索3D打印模型上的所有镂空结构；所述填充模块，用于逐一判断镂空结构的面积，将小于设定面积的镂空结构进行填充后生成第一3D打印模型；所述偏置模块，用于沿所述第一3D打印模型的表面的法向、以第一偏置距离向外扩展生成第二3D打印模型；所述耗材模型确定模块，用于使用设定直径的小球遍历所述第二3D打印模型的表面，连接其遍历过程中与所述第二3D打印模型表面的所有接触点形成的表面构成第三3D打印模型；所述耗材计算模块，用于基于所述第三3D打印模型的体积计算所述3D打印模型的耗材。
进一步的，所述填充模块包括球体探测单元和填充单元；所述球体探测单元，用于针对每一个镂空结构，探测是否可以穿过直径为第二设定直径的球体；所述填充单元，用于将所述第二设定直径的球体无法穿过的镂空结构进行填充后生成所述第一3D打印模型。
与现有技术相比，本申请的优点和积极效果是：本申请提出的3D打印模型耗材用量计算方法和系统中，首先采用小镂空结构填充的方式，将无法嵌套小件同批次打印但也被加热的材料算作了该3D打印模型的耗材部分，接着采用偏置扩展出第二3D打印模型的方式，将采用大小件嵌套时大小件之间的嵌套空隙部分被加热的材料计算入该3D打印材料模型的耗材部分，还采用小球遍历第二3D打印模型表面，并连接其遍历过程中与第二3D打印模型表面的所有接触点形成的表面构成的第三3D打印模型作为最终耗材计算模型的方式，将第二3D打印模型表面小于小球直径的沟槽部分被加热的材料计算入该3D打印模型的耗材部分；通过上述手段充分考虑到3D打印尼龙SLS工艺中针对不参与激光烧结成型但是已经加热过的尼龙粉末仍然要算作耗材而采用的大小件嵌套同批次打印的打印方式，科学合理的计算出3D打印模型产品制造过程中原材料的实际消耗情况，实现准确的产品报价，解决现有的3D打印尼龙SLS工艺的产品耗材计算存在报价不准的技术问题。
结合附图阅读本申请实施方式的详细描述后，本申请的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1为本申请提出的3D打印模型耗材用量计算方法的方法流程图；
图2为基于本申请提出的3D打印模型耗材用量计算方法的一个3D打印模型结构示意图；
图3为在图2所示的3D打印模型基础上建立第一3D打印模型的示意图；
图4为在图3所示的第一3D打印模型基础上建立第二3D打印模型的示意图；
图5为在图4所示的第二3D打印模型基础上用小球遍历的结构示意图；
图6为图5所示的在第二3D打印模型基础上用小球遍历后生成第三3D打印模型的示意图；
图7为本申请提出的3D打印模型耗材用量计算系统的系统框图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步详细地说明。
本申请提出的3D打印模型耗材用量计算方法，尤其针对3D打印中使用尼龙材料的激光烧结成型（SLS）工艺中对耗材的计算。
如图1所示，本申请提出的3D打印模型耗材计算方法，包括如下步骤：
步骤S11：搜索3D打印模型上的所有镂空结构。
以图2所示的3D打印模型2为例，遍历其表面搜索到所有的镂空结构21。
步骤S12：逐一判断镂空结构的面积，将小于设定面积的镂空结构进行填充后生成第一3D打印模型。
逐一对搜索到的镂空结构，判断镂空结构的面积；可以采取边搜索边判断的方式，也可以采取搜索完成后判断的方式，本申请实施例不予限制。
对于小于设定面积的镂空结构进行填充，而大于设定面积的镂空结构保留，从而在该3D打印模型的基础上形成第一3D打印模型31，如图3所示。
这里的设定面积根据该3D打印模型打印过程中能够嵌套的小件模型的体积设定，也即，若所有的镂空结构的面积都小于该设定面积，则说明该3D打印模型无法再嵌套比其体积小的小件模型进行同批次打印。
一个简单的实施方式是，设定一个直径为第二设定直径的球体，针对每一个镂空结构，探测该球体是否可以穿过，将该第二设定直径的球体无法穿过的镂空结构进行填充，而能够穿过的镂空结构保留，从而生成如图3所示的第一3D打印模型。该第二设定直径例如相对该3D打印模型可嵌套同批次打印的小件模型的整体直径，根据实际经验可取30mm-50mm。
可见该步骤中，采用小镂空结构填充的方式，将无法嵌套小件模型同批次打印但也被加热的材料算入了该3D打印模型的耗材部分。
步骤S13：沿第一3D打印模型的表面的法向、以第一偏置距离向外扩展生成第二3D打印模型。
沿第一3D打印模型的表面的法向、以第一偏置距离b向外扩展生成第二3D打印模型41，如图4所示。根据实际经验该第一偏置距离通常为0.5mm-2mm。
这种采用偏置扩展出第二3D打印模型的方式，将采用大小件嵌套时大小件之间的嵌套空隙部分加热的材料计算入该3D打印材料模型的耗材部分。
步骤S14：使用设定直径的小球遍历第二3D打印模型的表面，连接其遍历过程中与第二3D打印模型表面的所有接触点形成的表面构成第三3D打印模型。
如图5所示，使用设定直径为R的小球51遍历第二3D打印模型的表面，连接小球遍历过程中与第二3D打印模型表面所有的接触点形成的表面S1，由该表面S1构成第三3D打印模型，并将该第三3D打印模型作为计算耗材最终的打印模型，如图6所示。
通过这种小球遍历第二3D打印模型表面，并连接其遍历过程中与第二3D打印模型表面的所有接触点形成的表面构成的第三3D打印模型作为最终耗材计算模型的方式，将第二3D打印模型表面小于小球直径的沟槽部分被加热的材料计算入该3D打印模型的耗材部分。
步骤S15：基于第三3D打印模型的体积计算3D打印模型的耗材用量。
将第三3D打印模型作为计算耗材最终的打印模型，计算其体积，并基于体积与原材料单位体积耗材报价的乘积计算该3D打印模型的实际耗材报价。
基于上述提出的3D打印模型耗材用量计算方法，如图7所示，本申请还提出一种3D打印模型耗材用量计算系统，包括搜索模块71、填充模块72、偏置模块73、耗材模型确定模块74和耗材计算模块75。
搜索模块71用于搜索3D打印模型上的所有镂空结构；填充模块72用于逐一判断镂空结构的面积，将小于设定面积的镂空结构进行填充后生成第一3D打印模型；偏置模块73用于沿第一3D打印模型的表面的法向、以第一偏置距离向外扩展生成第二3D打印模型；耗材模型确定模块74用于使用设定直径的小球遍历第二3D打印模型的表面，连接其遍历过程中与第二3D打印模型表面的所有接触点形成的表面构成第三3D打印模型；耗材计算模块75用于基于第三3D打印模型的体积计算3D打印模型的耗材用量。
填充模块72包括球体探测单元721和填充单元722；球体探测单元721用于针对每一个镂空结构，探测是否可以穿过直径为第二设定直径的球体；填充单元722用于将第二设定直径的球体无法穿过的镂空结构进行填充后生成第一3D打印模型。
具体的3D打印模型耗材用量计算系统的计算方式已经在上述3D打印模型耗材用量计算方法中详述，此处不予赘述。
需要说明的是，图2至图6的所有实施例中，所有的3D打印模型都是根据实际设计具有厚度的，本申请中仅以线条示意。
上述本申请提出的3D打印耗材用量计算方法和系统中，首先采用小镂空结构填充的方式，将无法嵌套小件同批次打印但也被加热的材料算作了该3D打印模型的耗材部分，接着采用偏置扩展出第二3D打印模型的方式，将采用大小件嵌套时大小件之间的嵌套空隙部分被加热的材料计算入该3D打印材料模型的耗材部分，还采用小球遍历第二3D打印模型表面，并连接其遍历过程中与第二3D打印模型表面的所有接触点形成的表面构成的第三3D打印模型作为最终耗材计算模型的方式，将第二3D打印模型表面小于小球直径的沟槽部分被加热的材料计算入该3D打印模型的耗材部分；通过上述手段充分考虑到3D打印尼龙SLS工艺中针对不参与激光烧结成型但是已经加热过的尼龙粉末仍然要算作耗材而采用的大小件嵌套同批次打印的打印方式，科学合理的计算出3D打印模型产品制造过程中原材料的实际消耗情况，实现准确的产品报价，解决现有的3D打印尼龙SLS工艺的产品耗材计算存在报价不准的技术问题。
应该指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种3D打印模型耗材用量计算方法，其特征在于，包括：
搜索3D打印模型上的所有镂空结构；
逐一判断镂空结构的面积，将小于设定面积的镂空结构进行填充后生成第一3D打印模型；
沿所述第一3D打印模型的表面的法向、以第一偏置距离向外扩展生成第二3D打印模型；
使用设定直径的小球遍历所述第二3D打印模型的表面，连接其遍历过程中与所述第二3D打印模型表面的所有接触点形成的表面构成第三3D打印模型；
基于所述第三3D打印模型的体积计算所述3D打印模型的耗材用量。
2.根据权利要求1所述的3D打印模型耗材用量计算方法，其特征在于，所述逐一判断镂空结构的面积，将小于设定面积的镂空结构进行填充后生成第一3D打印模型，具体为：
针对每一个镂空结构，探测是否可以穿过直径为第二设定直径的球体；
将所述第二设定直径的球体无法穿过的镂空结构进行填充后生成所述第一3D打印模型。
3.根据权利要求1所述的3D打印模型耗材用量计算方法，其特征在于，所述第一偏置距离为0.5mm-2mm。
4.根据权利要求2所述的3D打印模型耗材用量计算方法，其特征在于，所述第二设定直径为30mm-50mm。
5.一种3D打印模型耗材用量计算系统，其特征在于，包括搜索模块、填充模块、偏置模块、耗材模型确定模块和耗材计算模块；
所述搜索模块，用于搜索3D打印模型上的所有镂空结构；
所述填充模块，用于逐一判断镂空结构的面积，将小于设定面积的镂空结构进行填充后生成第一3D打印模型；
所述偏置模块，用于沿所述第一3D打印模型的表面的法向、以第一偏置距离向外扩展生成第二3D打印模型；
所述耗材模型确定模块，用于使用设定直径的小球遍历所述第二3D打印模型的表面，连接其遍历过程中与所述第二3D打印模型表面的所有接触点形成的表面构成第三3D打印模型；
所述耗材计算模块，用于基于所述第三3D打印模型的体积计算所述3D打印模型的耗材用量。
6.根据权利要求5所述的3D打印模型耗材用量计算系统，其特征在于，所述填充模块包括球体探测单元和填充单元；
所述球体探测单元，用于针对每一个镂空结构，探测是否可以穿过直径为第二设定直径的球体；
所述填充单元，用于将所述第二设定直径的球体无法穿过的镂空结构进行填充后生成所述第一3D打印模型。
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